(57)【要約】【課題】内燃機関の制御装置に関し、冷間始動時における内燃機関の始動性を効果的に向上する。【解決手段】可変動弁機構３０を備えるエンジン１の制御装置であって、冷却水温を検出する冷却水温センサ４８と、エンジン１の運転モードとして、吸気と排気との間に圧縮及び膨張を少なくとも１回行う通常運転モード及び、吸気と排気との間に圧縮及び膨張を通常運転モードよりも１回多く行う冷間始動モードを選択的に切り替えることで、可変動弁機構３０による吸排気用バルブ３３の開閉動作を制御するバルブ開閉制御部５２とを備え、バルブ開閉制御部５２は、冷却水温センサ４８の検出値が第１の判定閾値よりも低い場合は冷間始動モードを選択する一方、冷却水温センサ４８の検出値が第１の判定閾値以上の場合は通常運転モードを選択する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸排気用バルブを任意のタイミングで開閉動作させる可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の冷却水温を検出する水温検出手段と、
前記内燃機関の運転モードとして、吸気と排気との間に圧縮及び膨張を少なくとも１回行う第１のサイクルモード及び、吸気と排気との間に圧縮及び膨張を前記第１のサイクルモードよりも１回多く行う第２のサイクルモードを選択的に切り替えることで、前記可変動弁機構による前記吸排気用バルブの開閉動作を制御するバルブ開閉制御手段とを備え、
前記バルブ開閉制御手段は、
前記水温検出手段の検出値が冷間始動時に相当する第１の判定閾値よりも低い場合は、前記第２のサイクルモードを選択する一方、前記水温検出手段の検出値が前記第１の判定閾値以上の場合は、前記第１のサイクルモードを選択することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記第１のサイクルモードは、吸気・圧縮・膨張・排気の４行程を１サイクルとする一方、前記第２のサイクルモードは、吸気・圧縮・膨張・圧縮・膨張・排気の６行程を１サイクルとする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記バルブ開閉制御手段は、
前記第２のサイクルモードを選択した後に、前記水温検出手段の検出値が暖機終了時の冷却水温に相当する第２の判定閾値に達した場合は、前記第１のサイクルモードに切り替える請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に吸排気用バルブを任意のタイミングで開閉動作させる可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮着火機関において高出力化を図るためには、多くの燃料を筒内で燃焼させる必要がある。しかし、筒内で燃焼させる燃料量を増やすと最大筒内圧が高くなるため、機関の機械的強度上の観点からは、この最大筒内圧を抑制することが必要となる。そこで、近年の圧縮着火機関では、従来の圧縮着火機関よりも圧縮比を低く設定することで、最大筒内圧を効果的に抑制している。
【０００３】
しかしながら、低圧縮比化がなされた圧縮着火機関では、冷間始動時（特に、外気温が低い場合の冷間始動時）に、圧縮端の圧力及び温度が低下して、燃料の燃焼が悪化すると共に、始動性も悪化する可能性がある。
【０００４】
このような始動性を改善する手法として、筒内の残留ガスを用いた技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、冷間始動と判別された場合に、ターボ過給機の可変ノズルを全閉として筒内残留ガス量を増やすと共に、バルブオーバーラップ時期が０（ゼロ）となるように可変動弁装置を制御することで、筒内の高温残留ガスが低温の吸気ポートに流れ出て冷却されることを回避している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−０８５０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の残留ガスを用いた技術では、バルブオーバーラップ時期を０（ゼロ）とすることで、残留ガスの排気側からの吹き抜けを回避しているが、吸気バルブが開いた直後においては、残留ガスが筒内から吸気側に流出する場合がある。そのため、筒内の高温残留ガスが低温の吸気ポートに流入した後に、再び筒内に導入されることとなり、始動性を十分に改善できない可能性もある。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、冷間始動時における内燃機関の始動性を効果的に向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明の内燃機関の制御装置は吸排気用バルブを任意のタイミングで開閉動作させる可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の冷却水温を検出する水温検出手段と、前記内燃機関の運転モードとして、吸気と排気との間に圧縮及び膨張を少なくとも１回行う第１のサイクルモード及び、吸気と排気との間に圧縮及び膨張を前記第１のサイクルモードよりも１回多く行う第２のサイクルモードを選択的に切り替えることで、前記可変動弁機構による前記吸排気用バルブの開閉動作を制御するバルブ開閉制御手段とを備え、前記バルブ開閉制御手段は、前記水温検出手段の検出値が冷間始動時に相当する第１の判定閾値よりも低い場合は、前記第２のサイクルモードを選択する一方、前記水温検出手段の検出値が前記第１の判定閾値以上の場合は、前記第１のサイクルモードを選択することを特徴とする。
【０００９】
また、前記第１のサイクルモードは、吸気・圧縮・膨張・排気の４行程を１サイクルとする一方、前記第２のサイクルモードは、吸気・圧縮・膨張・圧縮・膨張・排気の６行程を１サイクルとするものであってもよい。
【００１０】
また、前記バルブ開閉制御手段は、前記第２のサイクルモードを選択した後に、前記水温検出手段の検出値が暖機終了時の冷却水温に相当する第２の判定閾値に達した場合は、前記第１のサイクルモードに切り替えるものであってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の内燃機関の制御装置によれば、冷間始動時における内燃機関の始動性を効果的に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の可変動弁機構部を示す模式的な部分断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の各運転モードを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置による制御内容を示すフローチャートである。
【図５】（ａ）は、通常運転モードによる筒内温度の変化を示す図、（ｂ）は、冷間始動モードによる筒内温度の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図１〜５に基づいて、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関としてのディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１に適用されるもので、燃料供給部１０と、吸気用バルブ３３ａ及び排気用バルブ３３ｂ（以下、吸排気用バルブ３３という）を開閉動作させる可変動弁機構部３０と、冷却水温センサ４８と、制御手段としてのＥＣＵ（電子制御ユニット）５０とを備え構成されている。なお、図示の関係上、図１にはエンジン１の１個のシリンダ３及び、１個のピストン４を示している。
【００１５】
エンジン１のシリンダブロック２には、円筒状のシリンダ３が形成されている。また、シリンダ３内には、コンロッド５を介してエンジン１の図示しないクランクシャフトに連結されたピストン３が摺動可能に収容されている。シリンダヘッド６には、燃焼室と連通する吸気ポート７と排気ポート８とが形成されている。また、シリンダヘッド６には、先端部を燃焼室に臨ませたインジェクタＩ及び、可変動弁機構部３０が設けられている。
【００１６】
次に、図２に基づいて、燃料供給部１０について説明する。燃料タンク１１はフィルタ１２を介してフィードポンプ１３の入口に接続されると共に、このフィードポンプ１３の出口は高圧ポンプ１４の入口に接続されている。また、フィードポンプ１３のフィード圧は、リリーフ弁１６によって調整されて一定に保たれている。
【００１７】
高圧ポンプ１４の出口はコモンレール１５に接続されており、高圧ポンプ１４からコモンレール１５内に高圧燃料が圧送供給される。また、コモンレール１５にはインジェクタＩが接続されており、このインジェクタＩにコモンレール１５内で畜圧された高圧燃料が常時供給されている。さらに、コモンレール１５には、詳細を後述する可変動弁機構部３０のバルブユニット３９が接続されている。すなわち、コモンレール１５内で畜圧された高圧燃料は、可変動弁機構部３０に作動油としても供給されるように構成されている。
【００１８】
次に、図２に基づいて、可変動弁機構部３０について説明する。なお、図示の関係上、図２には１個の可変動弁機構部３０及び、１個の吸排気用バルブ３３のみを示している。吸排気用バルブ３３は、シリンダヘッド６の孔６ａに挿通されている。また、吸排気用バルブ３３の上部には、アクチュエータボディ３２の孔３２ａに摺動自在に挿入されたピストン３４が設けられている。さらに、吸排気用バルブ３３の軸方向中間位置には、フランジを形成するアッパーシート３５が設けられている。このアッパーシート３５とシリンダヘッド６との間には、吸排気用バルブ３３を閉弁方向（図１中上方）に向けて付勢するバルブスプリング３６が圧縮状態で介装されると共に、アクチュエータボディ３２には、アッパーシート３５を閉弁方向に吸引する磁石３７が設けられている。
【００１９】
アクチュエータボディ３２の孔３２ａにおいて、ピストン３４よりも上方には、油圧制御室３８が形成されている。また、アクチュエータボディ３２の側部には、油圧制御室３８への高圧燃料の供給もしくは停止を切り替えるバルブユニット３９が設けられている。これら油圧制御室３８とバルブユニット３９とは、アクチュエータボディ３２に形成された供給路４１によって連通されている。
【００２０】
アクチュエータボディ３２における油圧制御室３８よりも上方には、この油圧制御室３８と連通する油圧開放室４２が形成されている。また、油圧開放室４２内には、アクチュエータボディ３２の上部に設けられた電磁ソレノイド４４によって開閉駆動される作動弁４３が収容されている。この作動弁４３は、電磁ソレノイド４４がＯＮにされると、上方に移動して油圧制御室３８と油圧開放室４２との連通部４５を開放する一方、電磁ソレノイド４４がＯＦＦにされると、下方に移動して連通部４５を閉鎖するように構成されている。
【００２１】
すなわち、本実施形態の可変動弁機構部３０は、ＥＣＵ５０から出力される開弁指示信号により電磁ソレノイド４４がＯＦＦ（作動弁４３が閉）にされると共に、バルブユニット３９がＯＮ（バルブユニット３９が開）にされると、コモンレール１５内の高圧燃料が供給路４１を介して油圧制御室３８へと供給される。これにより、油圧制御室３８内の高圧燃料による開弁方向の力が、バルブスプリング３６及び磁石３７による閉弁方向の力よりも大きくなることで、吸排気用バルブ３３は開弁作動される。
【００２２】
一方、ＥＣＵ５０から出力される閉弁指示信号により電磁ソレノイド４４がＯＮ（作動弁４３が開）にされると共に、バルブユニット３９がＯＦＦ（バルブユニット３９が閉）にされると、油圧制御室３８内の高圧燃料が油圧開放室４２から排出路４６を介して燃料タンク１１に回収される。これにより、バルブスプリング３６及び磁石３７による閉弁方向の力が、油圧制御室３８内の高圧燃料による開弁方向の力よりも大きくなることで、吸排気用バルブ３３は閉弁作動される。
【００２３】
冷却水温センサ４８は、エンジン１の図示しない冷却水回路に設けられており、検出された冷却水温は電気的に接続されたＥＣＵ５０に出力される。
【００２４】
ＥＣＵ５０は、エンジンの運転状態に応じて燃料噴射期間や燃料噴射量等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。この各種制御を行うために、ＥＣＵ５０には、冷却水温センサ４８や、何れも図示しないクランク角度センサ、アクセル開度センサ、車速センサ等の各種センサの出力信号がＡ／Ｄ変換された後に入力される。
【００２５】
また、ＥＣＵ５０は、冷却水温判定部５１と、バルブ開閉制御部５２とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるＥＣＵ５０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
【００２６】
冷却水温判定部５１は、冷却水温センサ４８の検出値に基づいて、冷間始動時であるか否か、また、エンジン１の暖機運転が終了したか否かを判定する。より詳しくは、ＥＣＵ５０には、冷間始動時の冷却水温に相当する冷間始動判定閾値Ｔｃ（例えば０℃）及び、エンジン１の暖機終了時の冷却水温に相当する暖機終了判定閾値Ｔｉ（例えば８０℃）が予め記憶されている。冷却水温判定部５１は、冷却水温センサ４８の検出値が冷間始動判定閾値Ｔｃよりも低い（冷却水温＜Ｔｃ）場合は「冷間始動時」と判定する一方、冷却水温センサ４８の検出値が暖機終了判定閾値Ｔｉよりも高い（冷却水温＞Ｔｉ）場合は「暖機終了」と判定する。
【００２７】
バルブ開閉制御部５２は、吸排気用バルブ３３の開閉動作を制御する。より詳しくは、本実施形態の内燃機関の制御装置は、通常運転モード（第１のサイクルモード）と、冷間始動モード（第２のサイクルモード）との２つの運転モードを備えている。ここで、通常運転モードとは、吸気→圧縮→膨張→排気の４行程を１サイクルとする運転モードをいう（図３（ａ）参照）。また、冷間始動モードとは、通常運転モードに対して、吸排気用バルブ３３の開弁時期をクランク角ベースで３６０度ほど遅角させた運転モード、すなわち、吸気→圧縮→膨張→圧縮→膨張→排気の６行程を１サイクルとする運転モードをいう（図３（ｂ））。そして、バルブ開閉制御部５２は、冷却水温判定部５１が「冷間始動時」と判定した場合は、エンジン１の運転モードとして「冷間始動モード」を選択する一方、冷却水温判定部５１が「暖機終了」と判定した場合は、エンジン１の運転モードとして「通常運転モード」を選択するように構成されている。
【００２８】
なお、通常運転モードや冷間始動モードの１サイクル中における行程数は、エンジン１の仕様に応じて適宜変更して設定することが可能である。例えば、通常運転モードを吸気→圧縮→膨張→圧縮→膨張→排気の６行程で１サイクルに設定した場合、冷間始動モードを吸気→圧縮→膨張→圧縮→膨張→圧縮→膨張→排気の８行程で１サイクルに設定することができる。
【００２９】
次に、本実施形態に係る内燃機関の制御装置による制御フローを図４に基づいて説明する。
【００３０】
ステップ（以下、ステップを単にＳと記載する）１００では、始動要求の有無が確認される。イグニッションスイッチのキースイッチがＯＮの場合は、始動要求有りと判定されてＳ１１０へと進む。一方、イグニッションスイッチのキースイッチがＯＦＦの場合は、始動要求無しと判定されてリターンされる。
【００３１】
Ｓ１１０では、冷却水温判定部５１により冷間始動時であるか否が判定される。冷却水温センサ４８の検出値が冷間始動判定閾値Ｔｃよりも低い（冷却水温＜Ｔｃ）場合は、「冷間始動時」と判定されてＳ１２０へと進む。一方、冷却水温センサ４８の検出値が冷間始動判定閾値Ｔｃ以上（冷却水温≧Ｔｃ）の場合、すなわち「冷間始動時」でない場合はＳ１３０へと進む。
【００３２】
Ｓ１２０では、バルブ開閉制御部５２により、エンジン１の運転モードとして「冷間始動モード」が選択される。すなわち、吸気→圧縮→膨張→圧縮→膨張→排気の６行程を１サイクルとする運転モードで吸排気用バルブ３３の開閉動作が制御される。一方、Ｓ１３０では、バルブ開閉制御部５２により、エンジン１の運転モードとして「通常運転モード」が選択される。すなわち、吸気→圧縮→膨張→排気の４行程を１サイクルとする運転モードで吸排気用バルブ３３の開閉動作が制御される。
【００３３】
Ｓ１４０では、冷却水温判定部５１により暖機が終了したか否が判定される。冷却水温センサ４８の検出値が暖機終了判定閾値Ｔｉよりも高い（冷却水温＞Ｔｉ）場合は、「暖機終了」と判定されてＳ１５０へと進む。一方、冷却水温センサ４８の検出値が暖機終了判定閾値Ｔｉ以下（冷却水温≦Ｔｉ）の場合、すなわち「暖機終了」でない場合はＳ１１０へと戻される。
【００３４】
Ｓ１５０では、弁制御の有無、すなわち、前述のＳ１２０で「冷間始動モード」が選択されていたか否かが確認される。「冷間始動モード」が選択されていた場合はＳ１６０へと進む一方、「冷間始動モード」が選択されていなかった場合はリターンされる。
【００３５】
Ｓ１６０では、バルブ開閉制御部５２により、エンジンの運転モードが「冷間始動モード」から「通常運転モード」に切り替えられてリターンされる。するなち、吸気→圧縮→膨張→排気の４行程を１サイクルとする運転モードに切り替えられて本制御はリターンされる。
【００３６】
次に、本実施形態に係る内燃機関の制御装置による作用効果について説明する。
【００３７】
エンジン１の冷却水温が冷間始動時に相当する冷間始動判定閾値Ｔｃよりも低い場合、エンジン１の運転モードとして吸排気用バルブ３３の開弁時期をクランク角ベースで３６０度ほど遅角させた「冷間始動モード」が選択される。すなわち、冷間始動時における吸排気用バルブ３３の開閉動作は、吸気→圧縮→膨張→排気の４行程を１サイクルとする通常運転モードに対して、２回目の圧縮・膨張を行う吸気→圧縮→膨張→圧縮→膨張→排気の６行程を１サイクルとする冷間始動モードで制御されることになる。
【００３８】
したがって、筒内残留ガスが排気ポート８や吸気ポート７に流出することなく再圧縮され、筒内温度を速やかに上昇させることが可能となり、エンジン１の始動性を効果的に向上することができる。また、短時間に筒内温度が上昇されることで、冷間始動時のアイドル挙動も効果的に改善することができる。さらに、冷間始動時に筒内温度が昇温されて、燃料の燃焼が促進されることで、白煙やＨＣの排出量を効果的に抑制することができる。
【００３９】
ここで、シリンダ壁面温度が−１５℃の冷間始動時に、「通常運転モード」を選択した場合及び、「冷間始動モード」を選択した場合の筒内温度上昇をシミュレーションした結果を図５に示す。図５（ａ）に示すように、吸気→圧縮→膨張→排気の４行程を１サイクルとする通常運転モードでは筒内温度が９００Ｋ程度であるのに対して、図５（ｂ）に示すように、吸気→圧縮→膨張→圧縮→膨張→排気の６行程を１サイクルとする冷間始動モードでは筒内温度が１０００Ｋ程度まで上昇していることからも本発明の効果が分かる。
【００４０】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００４１】
例えば、上述の実施形態において、作動流体はエンジン１の燃料（軽油）を用いるものとして説明したが、他の流体を作動流体として用いることもできる。
【００４２】
また、エンジン１は、コモンレール式のディーゼルエンジンに限定されず、通常の噴射ポンプ式のディーゼルエンジンやガソリンエンジン等であってもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）
３０  可変動弁機構部
３３  吸排気用バルブ
４８  冷却水温センサ（水温検出手段）
５０  ＥＣＵ
５１  冷却水温判定部
５２  バルブ開閉制御部（バルブ開閉制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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